入侵植物加拿大一枝黄花凋落叶的化感作用及机理研究

摘要

化感作用已经成为外来植物成功入侵的机制之一，植物产生化感物质有多种途径，作为植物化感物质主要来源的凋落叶在土壤中降解并释放化感物质是产生化感作用的重要方式。加拿大一枝黄花是一种典型的恶性入侵杂草，有关其凋落叶的化感作用，特别是模拟实际生态环境下其化感作用的研究尚未见报道。因此，本研究以凋落叶和新鲜叶子为实验材料，莴苣为受试植物，通过在实际生态环境下的土壤盆栽实验验证加拿大一枝黄花凋落叶和叶子的化感作用；其次，通过盆栽实验模拟研究自然条件下凋落叶和幼苗根系分泌物对土壤理化性质及微生物群落结构的影响；最后，研究凋落叶的甲醇粗提液和分离纯化的2个化合物对拟南芥幼苗的生理响应；旨在探明加拿大一枝黄花凋落叶的化感作用及其化学生态学功能，阐明加拿大一枝黄花凋落叶的化感作用与其入侵扩张之间关系，为其成功入侵机制的研究提供理论依据。其结果如下：
　　1.土壤中添加不同浓度的加拿大一枝黄花凋落叶和新鲜叶子都抑制了莴苣种子的发芽率以及幼苗的株高和生物量，抑制作用随着处理浓度的增加而增强，且新鲜叶子的抑制作用要高于凋落叶。浓度为0.05和0.1 g/g时幼苗过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性升高，当新鲜叶子浓度增加到0.2 g/g时CAT活性降低；凋落叶和新鲜叶子处理引起了幼苗氧化损伤导致丙二醛（MDA）的含量的增加。GC-MS分析了凋落叶和叶子甲醇提取液的化学组成，分别检测到27种和34种化合物，主要是萜类、酮类、酚类、醇类、生物碱类等。另外结果表明土壤和莴苣幼苗中总黄酮和总酚的含量也随处理浓度的增加而升高，这两类物质可能是产生化感作用的主要来源。一方面证明了加拿大一枝黄花凋落叶和叶子的化感作用抑制了莴苣幼苗生长且叶子的作用要强于凋落叶的；另一方面说明了实际环境中凋落叶化感作用的时效性，随着凋落叶的分解化感作用可能逐渐的降低。
　　2.加拿大一枝黄花凋落叶与幼苗根系分泌物改变了土壤理化性质，尤其是土壤pH值从6.55变化到7.34，土壤总氮（TN）的含量从0.21增加到0.51 g/kg；凋落叶处理显著增加了细菌群落丰富度和多样性，但低浓度和高浓度之间没有差异，幼苗根系分泌物对细菌群落多样性和丰富度没有显著性影响；凋落叶和幼苗根系分泌物增加了土壤化合物的总数和总相对含量；Sphingomonas、Acidobacteriales、Gemmatimonas的相对丰度随着加拿大一枝黄花凋落叶浓度和幼苗密度的增加而地降低；Methylobacillus、 Rhizomicrobium、Novosphingobium和Bradyrhizobium的相对丰度随凋落叶浓度的增加而增加，幼苗根系分泌物处理对其相对丰度没有影响；冗余分析（RDA）表明土壤pH、TN和SOM含量变化不仅与凋落叶浓度和幼苗密度都呈正相关性，而且与细菌群落之间有相关性。结果证明土壤性质、化学组成和土壤细菌群落相互作用相互影响共同改变着土壤生态过程，凋落叶和根系分泌都增加了土壤养分含量和细菌群落多样性和丰富度，为加拿大一枝黄花不同入侵时期的生长提供有利的土壤生态环境。
　　3.加拿大的一枝黄花凋落叶粗提取液和化合物1显著的抑制了拟南芥幼苗的生长。甲醇粗提液的浓度为1 mg/mL时对根长的抑制率为66.82%，鲜重和叶绿素含量分别减少了58.46%和41.79%，且高浓度处理降低抗氧化酶活性增加了MDA的含量，浓度为0.5和1 mg/mL时都增加了幼苗可溶性糖和氨基酸含量，减少淀粉和可溶性蛋白的含量。化合物1的浓度为25、50和100μg/mL时都抑制了幼苗的生长，高浓度处理显著增加了可溶性糖含量而减少了淀粉和可溶性蛋白的含量，浓度为100μg/mL时自由氨基酸的含量升高至121.44 mg/g。化合物2在浓度为25、50和100μg/mL对拟南芥幼苗生长指标和代谢产物的含量都没有显著的影响。这些生理指标的变化证明了加拿大一枝黄花凋落叶化合物的化感活性。拟南芥幼苗的代谢产物可溶性糖和氨基酸含量的升高以及淀粉和可溶性蛋白含量的降低说明了凋落叶对拟南芥幼苗生长的化感抑制作用是通过改变植物体内正常C和N代谢途径实现的，为加拿大一枝黄花凋落叶化感作用机理研究提供了理论依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 外来入侵植物的化感作用

1.2 入侵植物凋落物研究进展

1.3 加拿大一枝黄花

1.4 研究思路、主要内容和技术路线

第二章 加拿大一枝黄花凋落叶和新鲜叶子的化感作用

2.1 材料及实验设计

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

2.5 本章小结

第三章 加拿大一枝黄花幼苗根系分泌物与凋落叶对土壤理化性质和细菌群落结构的影响

3.1 实验材料与实验设计

3.2 实验方法

3.3 实验结果

3.4 讨论

第四章 加拿大一枝黄花凋落叶活性物质对拟南芥幼苗生长及碳氮代谢的影响

4.1 实验材料和实验设计

4.2 实验方法

4.3 结果分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文及其他科研成果